一种提高长周期光纤光栅生物包膜传感器性能的方法

基于耦合模理论和阶跃折射率单模光纤三层模型包层模理论,可在长周期光纤光栅(LPG)光纤包层外涂制特定的抗体作为生物活性膜层,并通过生物活性膜层折射率的变化来检验血液中是否存在对应的抗原。研究结果表明,当在LPG内部引入啁啾后,可提高LPG传感器的谐振波长偏移的灵敏度,但透射光强峰值会有相应的下降;随着啁啾参数的增加,透射光强峰值变化不大,谐振波长偏移随折射率的变化更为敏感。但当啁啾参数达到一定的量值时,这种偏移量相对较小。实验选用折射率同抗原、抗体接近的硅化膜作为成膜基底材料,基底膜层厚度可选择在约120nm,此时的波长位移线性度好,有利于实验中的测定。     

腐蚀包层法调谐长周期光纤光栅及增强折射率敏感特性的研究

从理论与实验上研究了腐蚀包层法增强长周期光纤光栅环境折射率敏感特性和调谐透射谱的机制,结果表明,随着光栅区包层半径的减小,各阶包层模谐振波长向长波方向移动,环境折射率敏感特性随之显著增强。在用HF酸溶液腐蚀光栅区包层的实验测试中,先后观察到4个损耗峰,其中第2个损耗峰在包层半径减小约4.11μm、谐振波长向长波方向移动了约117.19 nm时,环境折射率传感特性增强了约3倍,这为制备高精度液体浓度/折射率传感器提供了重要依据。     

长周期光纤光栅折射率传感的研究

由光栅周期的不同,光纤光栅可分为布喇格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG).FBG的周期约为几百纳米,主要特性是将某一频段的光反射回去,形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器,LPG的周期通常为几十到几百微米,主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉,是一种透射型光纤器件.LPG对于温度、应力、外界折射率等参数的变化都有很高的响应灵敏度,研究表明,LPG对于温度的调协范围约为FBG的7倍,而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅.由光纤场分布形式可知,光纤对于包层模的束缚性较芯模为弱,高阶模的束缚性较低阶模弱.也就是说当环境参数发生变化时,包层模式传播常数、有效折射率等参数的变化要大于芯模,高阶模式各参数的变化大于低阶模式.相位匹配条件的变化将会引起耦合谐振峰中心波长位置的改变,而FBG的谐振峰是由前向芯模和后向芯模耦合而成,而长周期光栅的谐振峰是由前向芯模和同向包层模耦合而成.因此长周期光纤光栅对于环境参数的敏感性要高于一般的光纤光栅,在光纤传感测量方面具有很高的实用价值.     

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

制备了不同倾斜角度的倾斜布拉格光纤光栅,用于测量周围环境的折射率.当环境折射率增加时,高阶包层模谐振峰会逐渐消失,即将逐渐消失的高阶包层模谐振峰的波长会随环境折射率的增大而线性增大.测得的折射率灵敏度在500 nm/RIU以上.通过选择适当的倾斜角度,制得的光纤传感器可以满足不同范围的折射率测量.     

长周期光纤光栅谐振波长的研究

用三层模型的标量近似的分析方法，通过对长周期光纤光栅的各阶包层模的有效折射率的数值计算，分析了谐振波长与光栅周期的关系，并总结了谐振渡随环境折射率的变化规律。     

长周期光纤光栅薄膜传感器研究

采用耦合模理论建立了长周期光纤光栅薄膜传感器的理论模型,分析了其传感机理,并进行了实验研究,给出了初步的气敏实验结果．研究结果表明,光纤光栅包层外所镀敏感薄膜的光学参数(厚度和折射率)与传感器的灵敏度高低有直接关系,传感器的结构优化非常必要．长周期光纤光栅薄膜传感器具有薄膜传感器和光纤传感器的优点,具有广阔的应用前景．     

占空比对高频CO2激光脉冲制作的LPFG光谱影响

文章对采用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)的透射谱进行了理论分析,把LPFG的折射率调制类型近似为倒三角波,研究了其谐振波长与占空比的变化关系,发现高阶包层模与低阶包层模具有完全不同的特点,在参数变化时两者的谐振波长向相反的方向移动.通过实际制作周期500 μm的光栅验证了这种差别.     

基于旋转折变型长周期光纤光栅的压力传感器

利用CO2激光脉冲以单侧入射方式在普通单模光纤上写出了一种折射率沿光栅轴向呈旋转分布的长周期光纤光栅．横向负载实验表明,对于折变旋转度为270°的旋转折变型长周期光纤光栅,谐振峰幅值的横向负载灵敏度为0．44dB／（g-mm^-1）,是普通长周期光纤光栅的7倍;而且由于旋转变化的折射率结构降低了光栅的原始双折射,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感．利用这一特性可用于制作体积小、操作简单、成本低廉的高灵敏度光强型压力传感器．     

长周期光纤光栅折射率传感的研究概况

由光栅周期的不同．光纤光栅可分为布喇格光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPG）。FBG的周期约为几百纳米．主要特性是将某一频段的光反射回去．形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器，LPG的周期通常为几十到几百微米，主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉，是一种透射型光纤器件。LPG对于温度、应力、外界折射率等参数的变化都有很高的响应灵敏度，研究表明，LPG对于温度的调协范围约为FBG的7倍．而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅。     

拉锥光纤长周期光栅模式分裂与折射率特性

仿真研究了拉锥光纤长周期光栅的传输特性,发现长周期光纤光栅的同一阶包层模分布曲线在光纤锥区直径为55~110μm时会发生分裂,且分裂后的光栅谐振峰对于外界折射率的灵敏特性有较大差别.     

Optimization of Surface Plasmon Resonance Sensor Based on Multilayer Film Structure

A prism-excited multilayer film Surface Plasmon Resonance(SPR) sensing structure of graphene-silver-graphenemeasured mediums is proposed to solve the unstablility and oxidization problem of metallic silver films for SPR sensors. By adding a graphene layer, the poor stability and the oxidization problem of silver film are solved. The electromagnetic field and reflection mechanism of the multilayer film structure are theoretically analyzed. The characteristics of the different metal materials for SPR, the distinct silver film thickness, and different graphene layers are studied through experiments to optimize the sensor design. Compared with the gold film sensor, the sensitivity of the multilayer film sensor with graphene layer is improved. The designed SPR sensor is used to detect a sucrose solution with a concentration of 0%-64%, and its refractive index is 1.33 to 1.45, linear correlation coefficient is 0.998 4. Good resonance effect and sensing characteristics are thus obtained.     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

高灵敏度光纤MZI折射率传感器

首次在实芯光子晶体光纤中制备了横向大偏置结构光纤马赫-曾德尔干涉仪折射率传感器,并理论分析了此种干涉仪的干涉机制和折射率传感特性,以及影响折射率传感特性的各种因素;搭建实验系统,测试了折射率传感特性。结果表明,腔长330 μm传感器的干涉谱对外部环境折射率变化的响应成线性,透射谱随环境介质折射率增大而向短波方向移动,灵敏度超过-15 100 nm/RIU,灵敏度与腔长长度无关,光子晶体光纤的气孔对折射率传感特性影响很小。此种高灵敏度的光纤微腔折射率传感器适用于液体或气体的快速检测领域。     

D形光纤样品制备及其Bragg光栅的实验测量

采用研磨预制棒的方法,制备了D形光纤样品,并在此样品上制作了Bragg光栅,介绍了工艺制作和测量中的一些实际经验.采用深度化学腐蚀技术以增强Bragg波长对外界折射率的传感灵敏度,测量了D形少模光纤Bragg光栅各模式谐振波长随外界折射率和温度的变化曲线,为进一步进行折射率传感研究打下了实验基础.     

湿腐蚀法制备U形塑料光纤折射率传感器

为提升折射率测量灵敏度、方便测量,通过湿腐蚀法制备了高灵敏度的U形塑料光纤折射率传感器.从理论上分析了多模塑料光纤宏弯曲折射率传感器的原理,利用射线法对塑料光纤中传输光场进行近似,获得多模塑料光纤宏弯曲模式损耗的表达式.采用丙酮和甲醇混合溶液作为腐蚀剂,利用湿腐蚀法对塑料光纤进行处理,观察不同腐蚀剂浓度腐蚀后光纤表面形...     

双金属层表面等离子体共振传感器品质因子的研究

基于光学薄膜理论,研究了银-金双金属层表面等离子体共振(SPR)传感器品质因子的特征。 首先,通过共振角处最低反射率的计算得到了双金属层的最佳厚度配比;其次,研究了最佳厚度配比下双金属层 SPR 传感器的线宽、灵敏度以及品质因子的特征。 研究结果表明,随着双金属层中银膜厚度的增加(或金膜厚度的减小),传感 器的灵敏度和线宽均减小,而传感器的品质因子增大。 当双金属层 SPR 传感器中金膜厚度减小至 0 nm 时(单层银膜 SPR 传感器),传感器的品质因子达到最大值 96.35 RIU-1 。     

Applications of Acrylate—based Polymer and Silicone Resin on LPFG—based Devices

Both acrylate-based polymer and silicone resin are proposed as recoating materials surrounding LPFGs for purposes of different applications.For the LPFG recoated with a thin layer of acrylate-based polymer,the range of wavelength shift as much as 60nm is expected when temperature changes from0-100℃.As for that with surrounding material of silicone resin,the temperature stability is greatly improved depicted as the maximum wavelength shift of about 0.6nm with the same temperature variation.The former is potentially a broadband tunable band rejection filter or temperature sensor with enhanced sensitivity.And the latter could be applied as temperature insensitive filter,demultiplexer or strain sensor.     

双圈同轴式光纤位移传感器的输出特性

为了利用双圈同轴式光纤位移传感器准确测得旋转机械中滑动轴承的润滑膜厚度,分析了反射面形状以及润滑油折射率对双圈同轴式光纤位移传感器输出特性的影响.利用几何光学分析方法,建立了反射面为球面时的光纤传感器输出函数的数学模型,分析了润滑油折射率对光纤入射角的影响.结果表明:当传播介质的折射率大于1时,光纤最大入射角减小;当反射面曲率半径减小时,传感器的灵敏度会降低;与光线在空气中传播相比,传播介质为润滑油时,随着传播介质折射率的增大,传感器的灵敏度降低.因此,在利用双圈同轴位移传感器进行滑动轴承的润滑膜厚度监测时,必须对传感器进行重新标定.     

聚合物覆膜对长周期光栅灵敏度的调制

利用静电自组装技术在长周期光栅表面组装了聚丙烯胺盐酸盐(PAH)/聚苯乙烯磺酸钠(PSS)薄膜,并探索了覆膜的长周期光栅对异丙醇、乙醇、甲醇、水、空气的响应性能。实验表明,聚合物薄膜的厚度或组装层数对长周期光栅的灵敏性产生了调制,使长周期光栅对折射率呈如下的敏感规律:随着组装层数的增加,长周期光栅对折射率的敏感性逐渐从高折射率向低折射率转移;并且长周期光栅对折射率相邻的介质有一个最佳敏感区。这对开发高灵敏性和高选择性的长周期光栅生化传感器提供了很好的依据。